JP2796305B2 - 電界放射電子銃 - Google Patents
電界放射電子銃Info
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- JP2796305B2 JP2796305B2 JP63148105A JP14810588A JP2796305B2 JP 2796305 B2 JP2796305 B2 JP 2796305B2 JP 63148105 A JP63148105 A JP 63148105A JP 14810588 A JP14810588 A JP 14810588A JP 2796305 B2 JP2796305 B2 JP 2796305B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
- H01J37/073—Electron guns using field emission, photo emission, or secondary emission electron sources
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子顕微鏡、電子線描画装置等の電子銃、特
に高輝度、大電流を得るのに好適な電界放射電子銃に係
わる。
に高輝度、大電流を得るのに好適な電界放射電子銃に係
わる。
［従来の技術］ 従来、電界放射電子銃において、静電レンズにより収
束作用だけでなく、磁界型レンズを電子源の近傍に設け
磁気収束作用を利用して、大電流を得ようとする試み
は、イギリス特許第129122号や特開昭59−42748号に記
載の装置がある。
束作用だけでなく、磁界型レンズを電子源の近傍に設け
磁気収束作用を利用して、大電流を得ようとする試み
は、イギリス特許第129122号や特開昭59−42748号に記
載の装置がある。
［発明が解決しようとする課題］ 電子銃を透過型および走査型電子顕微鏡や電子線描画
装置に使用する際にはコンデンサレンズと組み合わせて
所望のプローブを形成することが一般的である。前記従
来技術は単段加速式で、加速電圧が低いところで使用す
るため多段加速式に比べ絶縁距離が短く静電レンズ作用
も小さい。そのためコンデンサレンズの縮小率が小さく
その収差も小さいので前記従来技術の電子銃の構成で問
題なかった。多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃で特
開昭59−42748号に記載のように磁界型レンズにより電
界放電子源の実像を電子ビームの進行方向に結ぶような
条件を用いたとする。すると静電レンズ作用が強いため
電子源の実像が強縮小され、コンデンサレンズに入射す
る電子線の入射角が大きくなる。多段加速式磁界重畳型
電界放射電子銃ではコンデンサレンズまでの距離が長い
ためここでも電子源の実像が強縮小される。コンデンサ
レンズの球面収差は経験的に次の式で表されることが知
られている。
装置に使用する際にはコンデンサレンズと組み合わせて
所望のプローブを形成することが一般的である。前記従
来技術は単段加速式で、加速電圧が低いところで使用す
るため多段加速式に比べ絶縁距離が短く静電レンズ作用
も小さい。そのためコンデンサレンズの縮小率が小さく
その収差も小さいので前記従来技術の電子銃の構成で問
題なかった。多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃で特
開昭59−42748号に記載のように磁界型レンズにより電
界放電子源の実像を電子ビームの進行方向に結ぶような
条件を用いたとする。すると静電レンズ作用が強いため
電子源の実像が強縮小され、コンデンサレンズに入射す
る電子線の入射角が大きくなる。多段加速式磁界重畳型
電界放射電子銃ではコンデンサレンズまでの距離が長い
ためここでも電子源の実像が強縮小される。コンデンサ
レンズの球面収差は経験的に次の式で表されることが知
られている。
で表される。
ただしαはコンデンサレンズに入射する電子線の角
度、Ｍはコンデンサレンズの倍率、ａはコンデンサレン
ズ主面と物面との距離、Ｄはコンデンサレンズのギャッ
プ長、Ｓはコンデンサレンズの孔径。これでもわかるよ
うに球面収差は入射角の３乗に比例しコンデンサレンズ
主面と物面との距離ａと３乗に比例して急激に大きくな
る。その結果電子銃の収差よりコンデンサレンズの収差
が大きくなり高輝度，大電流が得られない。そこで多段
加速式磁界重畳型電界放射電子銃をコンデンサレンズと
組み合わせたときに高輝度，大電流が得られるように磁
界型レンズ及び静電レンズの最適な使用条件を選ぶ必要
がある。
度、Ｍはコンデンサレンズの倍率、ａはコンデンサレン
ズ主面と物面との距離、Ｄはコンデンサレンズのギャッ
プ長、Ｓはコンデンサレンズの孔径。これでもわかるよ
うに球面収差は入射角の３乗に比例しコンデンサレンズ
主面と物面との距離ａと３乗に比例して急激に大きくな
る。その結果電子銃の収差よりコンデンサレンズの収差
が大きくなり高輝度，大電流が得られない。そこで多段
加速式磁界重畳型電界放射電子銃をコンデンサレンズと
組み合わせたときに高輝度，大電流が得られるように磁
界型レンズ及び静電レンズの最適な使用条件を選ぶ必要
がある。
第２図は前記多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃に
おいて、V1を変化させたときの電子源のスポット位置を
計算した一例である。縦軸は電子源からスポットまでの
距離で、電子の進行方向を正にとったもの。横軸はV1で
ある。（Ｉ＝360mA,N＝1500,V2＝25KV）図中Ａで示した
区間が電子銃、コンデンサレンズとも収差が小さい条件
で使用できる領域がある。この領域でV1だけを100V変え
ると、スポット位置は300mmもの範囲で変わる。照射条
件を一定に保つためには、Ｉは0.1mA,V2は10V単位の微
調整を同時におこなうことが必要で、しかもその補正量
はV1の値によって変わる。このためこれを手動操作で行
なうのでは実用上きわめて不便で、操作性は著しく低
い。前記従来技術では引き出し電圧や加速電圧など電子
銃の稼働条件を変えたとき電子ビームのスポット位置や
開き角などの照射条件を不変に保つ配慮がなされていな
い。
おいて、V1を変化させたときの電子源のスポット位置を
計算した一例である。縦軸は電子源からスポットまでの
距離で、電子の進行方向を正にとったもの。横軸はV1で
ある。（Ｉ＝360mA,N＝1500,V2＝25KV）図中Ａで示した
区間が電子銃、コンデンサレンズとも収差が小さい条件
で使用できる領域がある。この領域でV1だけを100V変え
ると、スポット位置は300mmもの範囲で変わる。照射条
件を一定に保つためには、Ｉは0.1mA,V2は10V単位の微
調整を同時におこなうことが必要で、しかもその補正量
はV1の値によって変わる。このためこれを手動操作で行
なうのでは実用上きわめて不便で、操作性は著しく低
い。前記従来技術では引き出し電圧や加速電圧など電子
銃の稼働条件を変えたとき電子ビームのスポット位置や
開き角などの照射条件を不変に保つ配慮がなされていな
い。
多段加速磁界重畳型電界放射電子銃には高電圧を印加
するので放電の危険性が大きくなる。電子銃や電源が放
電を起こした場合にも被害を受けにくい電源構成にする
必要がある。引き出し電源と、第一加速電極に電圧を印
加するための電源と、二段目以降最終段までの加速電極
に電圧を印加するための電源を従来使用されていたよう
な構成にすると、放電により各電源の出力が短絡された
場合、放電電流が複数の電源間を流れることがおおく保
護対策がとりにくい。
するので放電の危険性が大きくなる。電子銃や電源が放
電を起こした場合にも被害を受けにくい電源構成にする
必要がある。引き出し電源と、第一加速電極に電圧を印
加するための電源と、二段目以降最終段までの加速電極
に電圧を印加するための電源を従来使用されていたよう
な構成にすると、放電により各電源の出力が短絡された
場合、放電電流が複数の電源間を流れることがおおく保
護対策がとりにくい。
本発明の目的は電子銃の稼働条件を変えたときでも照
射条件を不変に保てる操作性、電子銃や電源が放電を起
こした場合にも被害を受けにくい電源構成を有し、コン
デンサレンズと組み合わせても高輝度，大電流が得られ
る多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃を実現すること
にある。
射条件を不変に保てる操作性、電子銃や電源が放電を起
こした場合にも被害を受けにくい電源構成を有し、コン
デンサレンズと組み合わせても高輝度，大電流が得られ
る多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃を実現すること
にある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的は １）上記磁界型レンズで電界放射電子源の４〜10倍の虚
像をつくり、静電レンズでその虚像の0.3〜３倍の実像
をむすぶ。
像をつくり、静電レンズでその虚像の0.3〜３倍の実像
をむすぶ。
２）V1に対し の範囲で所定の値になるようＩを連動させ、同時にV2/V
1が５≦V2/V1≦10の範囲で所定の値になるようV2を連動
させる。
1が５≦V2/V1≦10の範囲で所定の値になるようV2を連動
させる。
３）引き出し電源と、第一加速電極に電圧を印加するた
めの電源の、二段目以降最終段までの加速電極に電圧を
印加するための電源を直列に接続することにより達せら
れる。
めの電源の、二段目以降最終段までの加速電極に電圧を
印加するための電源を直列に接続することにより達せら
れる。
［作用］ １）長さＬの範囲で電位がΦ０からΦ１まで変化すると
きその部分の静電レンズ作用は、レンズの像面側焦点距
離をf1として ただしΦ′＝ｄΦ/dz,z軸は電子の進行方向で表され
る。これからわかるように電位Φが小さく、その変化率
Φ′が大きいところで静電レンズ作用は大きくなる。つ
まり引き出し電極と第一加速電極との間に静電レンズ作
用が集中する。そこでV2/V1を一定にすれば、Φ0/Φ１
が一定かつΦ′／Φも一定になる。つまりV2/V1の値に
よりレンズ作用が制御できる。
きその部分の静電レンズ作用は、レンズの像面側焦点距
離をf1として ただしΦ′＝ｄΦ/dz,z軸は電子の進行方向で表され
る。これからわかるように電位Φが小さく、その変化率
Φ′が大きいところで静電レンズ作用は大きくなる。つ
まり引き出し電極と第一加速電極との間に静電レンズ作
用が集中する。そこでV2/V1を一定にすれば、Φ0/Φ１
が一定かつΦ′／Φも一定になる。つまりV2/V1の値に
よりレンズ作用が制御できる。
第３図は多段加速式電界放射電子銃において静電レン
ズの動作条件と静電レンズおよびコンデンサレンズの収
差の関係をプロットした一例である。横軸はV2/V1の
値，縦軸は各レンズの球面収差，色収差によるボケと無
収差スポット径の比（以下相対的収差量という）であ
る。この例えばV2/V1＝11〜14の範囲で使用しないとコ
ンデンサレンズの収差のため輝度やビーム電流が充分得
られない。しかしこの条件ではV2が60〜80KVに達し、放
電の危険性や電源の構成を考慮すると実現困難である。
またV2/V1の値が小さくなりすぎると二段目の加速領域
の静電レンズ作用が強くなるため、静電レンズ作用の制
御が困難になる。V2/V1＝５〜10が容易に実現できる範
囲である。そこで本発明ではV2を低く抑え電子源近傍に
設けた磁界型レンズをもちいて静電レンズ作用をおぎな
い、かつ制御する。磁界型レンズのレンズ作用は焦点距
離をｆとして という経験式が成り立つことが知られている。ここで、
レンズ孔径S,ギャップ長D,コイルの巻き数N,コイル電流
I,加速電圧Ｖである。
ズの動作条件と静電レンズおよびコンデンサレンズの収
差の関係をプロットした一例である。横軸はV2/V1の
値，縦軸は各レンズの球面収差，色収差によるボケと無
収差スポット径の比（以下相対的収差量という）であ
る。この例えばV2/V1＝11〜14の範囲で使用しないとコ
ンデンサレンズの収差のため輝度やビーム電流が充分得
られない。しかしこの条件ではV2が60〜80KVに達し、放
電の危険性や電源の構成を考慮すると実現困難である。
またV2/V1の値が小さくなりすぎると二段目の加速領域
の静電レンズ作用が強くなるため、静電レンズ作用の制
御が困難になる。V2/V1＝５〜10が容易に実現できる範
囲である。そこで本発明ではV2を低く抑え電子源近傍に
設けた磁界型レンズをもちいて静電レンズ作用をおぎな
い、かつ制御する。磁界型レンズのレンズ作用は焦点距
離をｆとして という経験式が成り立つことが知られている。ここで、
レンズ孔径S,ギャップ長D,コイルの巻き数N,コイル電流
I,加速電圧Ｖである。
の値によりレンズ作用が制御できる。
第４図は多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃におい
て磁界型レンズの動作条件と、磁界型レンズ，静電レン
ズおよびコンデンサレンズの収差の関係をプロットした
一例である。横軸は磁界型レンズによってできる虚像の
倍率であるが、同時にそのときの磁界型レンズの焦点距
離と の値も示した。また縦軸は各レンズの球面収差，色収差
による相対的収差量である。この例では虚像の倍率＝６
付近が最も収差の影響が少ないことがわかる。前述のコ
ンデンサレンズの収差を考慮すると、磁界型レンズで電
子源の４〜10倍の虚像をつくり、V2/V1＝５〜10と静電
レンズで前記虚像の0.3〜３倍の実像を加速管中央から
コンデンサレンズの間につくるとが各レンズにたいし入
射角や倍率の関係から見ても最も有利である。このとき
電子銃とコンデンサレンズを組み合わせた相対的収差量
を回折収差以下に抑えることができ最高輝度，最大電流
を得ることができる。
て磁界型レンズの動作条件と、磁界型レンズ，静電レン
ズおよびコンデンサレンズの収差の関係をプロットした
一例である。横軸は磁界型レンズによってできる虚像の
倍率であるが、同時にそのときの磁界型レンズの焦点距
離と の値も示した。また縦軸は各レンズの球面収差，色収差
による相対的収差量である。この例では虚像の倍率＝６
付近が最も収差の影響が少ないことがわかる。前述のコ
ンデンサレンズの収差を考慮すると、磁界型レンズで電
子源の４〜10倍の虚像をつくり、V2/V1＝５〜10と静電
レンズで前記虚像の0.3〜３倍の実像を加速管中央から
コンデンサレンズの間につくるとが各レンズにたいし入
射角や倍率の関係から見ても最も有利である。このとき
電子銃とコンデンサレンズを組み合わせた相対的収差量
を回折収差以下に抑えることができ最高輝度，最大電流
を得ることができる。
２）本多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃では、前記
従来技術と異なり電子源の虚像をつくるので磁界型レン
ズに前記従来技術のような強磁場は必要ない。その形状
については、孔径D1が4mmから10mmでよい。4mmより小さ
いと、電子源と磁界型レンズの軸を50μｍ以下の精度で
合わせないと軸外収差のために高輝度が得られない。し
かしこれは困難である。また10mmより大きくしても磁界
が弱すぎて、コイルの大型化やレンズ電源の大容量化を
まねき困難がともなう。まだギャップ長Ｌについては必
要な磁場の強さと漏洩磁場の大きさを勘案してD1≦Ｌ≦
D2が適当である。磁界型レンズの収差を少なくするため
焦点距離を数mm以下にする必要がある。孔径やギャップ
が小さすぎない範囲で焦点距離を短くするには孔径D2を
孔径D1より大きくしてレンズ主面を上げた方が有利であ
る。また静電レンズによる縮小を極力抑えかつ収差も小
さくするには、静電レンズ主面と磁界型レンズによって
できる電子源の虚像との距離を小さくすることが必要で
ある。そのために電子源と磁界型レンズの下側の磁極も
しくは、引き出し電極の第一加速電極と対向する面に設
けられた電子線通過孔との距離を20mm以下に抑える。こ
のように磁界型レンズの動作条件と形状が定まったので
（３）式により の値は７〜12の範囲になる。
従来技術と異なり電子源の虚像をつくるので磁界型レン
ズに前記従来技術のような強磁場は必要ない。その形状
については、孔径D1が4mmから10mmでよい。4mmより小さ
いと、電子源と磁界型レンズの軸を50μｍ以下の精度で
合わせないと軸外収差のために高輝度が得られない。し
かしこれは困難である。また10mmより大きくしても磁界
が弱すぎて、コイルの大型化やレンズ電源の大容量化を
まねき困難がともなう。まだギャップ長Ｌについては必
要な磁場の強さと漏洩磁場の大きさを勘案してD1≦Ｌ≦
D2が適当である。磁界型レンズの収差を少なくするため
焦点距離を数mm以下にする必要がある。孔径やギャップ
が小さすぎない範囲で焦点距離を短くするには孔径D2を
孔径D1より大きくしてレンズ主面を上げた方が有利であ
る。また静電レンズによる縮小を極力抑えかつ収差も小
さくするには、静電レンズ主面と磁界型レンズによって
できる電子源の虚像との距離を小さくすることが必要で
ある。そのために電子源と磁界型レンズの下側の磁極も
しくは、引き出し電極の第一加速電極と対向する面に設
けられた電子線通過孔との距離を20mm以下に抑える。こ
のように磁界型レンズの動作条件と形状が定まったので
（３）式により の値は７〜12の範囲になる。
引き出し電圧が変化しても照射系を不変に保つには電
子線に対する収束作用を不変にすればよい。前述より明
らかなように、V2/V1, を所定の値に保つようV2,IをV1に連動させれば静電収束
作用、磁気収束作用ともに変わらず不変な照射系ができ
る。
子線に対する収束作用を不変にすればよい。前述より明
らかなように、V2/V1, を所定の値に保つようV2,IをV1に連動させれば静電収束
作用、磁気収束作用ともに変わらず不変な照射系ができ
る。
３）第１図に電源を直列に接続した例を示す。この構成
にすれば放電により各電源の出力が短絡された場合で
も、放電電流はひとつの電源だけを通って閉じる可能性
が高くなり、保護対策が容易になる。さらにこの構成に
すると引き出し電源と第一加速電極に電圧を印加するた
めの電源と、レンズ電源の基準電位を一ヶ所でとれ各電
源を容易に連動させることができる。
にすれば放電により各電源の出力が短絡された場合で
も、放電電流はひとつの電源だけを通って閉じる可能性
が高くなり、保護対策が容易になる。さらにこの構成に
すると引き出し電源と第一加速電極に電圧を印加するた
めの電源と、レンズ電源の基準電位を一ヶ所でとれ各電
源を容易に連動させることができる。
［実施例］ 以下本発明の一実施例を第１図により説明する。フラ
ンジ1,ヨーク2,コイル３よりなる磁界型レンズが多段加
速管30の上部に取付けられている。この多段加速管30は
外周に保護電極50〜54を取付け、放電防止のため六ふっ
化硫黄等高絶縁ガス雰囲気中に置かれる。ヨーク２は飽
和磁束密度の大きい金属でつくられた上磁極６と下磁極
７、非磁性金属８とで構成され、上磁極６と下磁極７は
非磁性金属８により磁気的に分離されている。フランジ
１には絶縁ガイシ４と電界放射電子源５が取付けられ
る。この電界放射電子源５の先端は上磁極６の近傍に位
置している。電界放射電子源５と磁界型レンズの間に、
引き出し電源22により引き出し電圧V1が印加される。本
実施例では上磁極６が引き出し電極を兼ねる。コイル３
にはレンズ電源21により電流Ｉが供給される。電界放射
電子源５はフラッシング電源20に接続され通電加熱可能
である。下磁極７に対面して第一加速電極10が設けられ
る。第一加速電極10にはV2電源23により電界放射電子源
５からみた電位がV2になるような電圧が印加される。レ
ンズ電源21、V2電源23は制御回路24を通じて引き出し電
源22の出力に連動させ （Ｎはコイル３の巻数）,V2/V1を所定の値に保つ。本実
施例ではこの値は の範囲で任意に設定できるように構成されている。第一
加速電極10より下には３段の加速電極11〜13を設け、V0
電源25により電界放射電子源５からみた最終段の電位が
V0になるように分割抵抗31（〜1GΩ）で分割して電圧を
印加する。多段加速管30の下方には電子銃室部32,中間
室部33,コンデンサレンズ部34とからなる照射系が構成
される。電子銃室部32はイオンポンプ35により10-8Paに
排気されている。電子銃室部32と中間室部33の間には差
動排気絞り37を設け、中間室部33とコンデンサレンズ部
34の間には真空仕切りのためのバルブ38を設ける。以上
の構成において引き出し電圧V1により電界放射電子源５
から引き出された電子は、上磁極６と下磁極７の孔を通
り第一加速電極10,加速電極11〜13により所定のエネル
ギーまで加速される。その後電子は電子銃室部32,偏向
コイル36,差動排気絞り37,中間室部33,コンデンサ絞り3
9,コンデンサレンズ40を通り試料を照射する。
ンジ1,ヨーク2,コイル３よりなる磁界型レンズが多段加
速管30の上部に取付けられている。この多段加速管30は
外周に保護電極50〜54を取付け、放電防止のため六ふっ
化硫黄等高絶縁ガス雰囲気中に置かれる。ヨーク２は飽
和磁束密度の大きい金属でつくられた上磁極６と下磁極
７、非磁性金属８とで構成され、上磁極６と下磁極７は
非磁性金属８により磁気的に分離されている。フランジ
１には絶縁ガイシ４と電界放射電子源５が取付けられ
る。この電界放射電子源５の先端は上磁極６の近傍に位
置している。電界放射電子源５と磁界型レンズの間に、
引き出し電源22により引き出し電圧V1が印加される。本
実施例では上磁極６が引き出し電極を兼ねる。コイル３
にはレンズ電源21により電流Ｉが供給される。電界放射
電子源５はフラッシング電源20に接続され通電加熱可能
である。下磁極７に対面して第一加速電極10が設けられ
る。第一加速電極10にはV2電源23により電界放射電子源
５からみた電位がV2になるような電圧が印加される。レ
ンズ電源21、V2電源23は制御回路24を通じて引き出し電
源22の出力に連動させ （Ｎはコイル３の巻数）,V2/V1を所定の値に保つ。本実
施例ではこの値は の範囲で任意に設定できるように構成されている。第一
加速電極10より下には３段の加速電極11〜13を設け、V0
電源25により電界放射電子源５からみた最終段の電位が
V0になるように分割抵抗31（〜1GΩ）で分割して電圧を
印加する。多段加速管30の下方には電子銃室部32,中間
室部33,コンデンサレンズ部34とからなる照射系が構成
される。電子銃室部32はイオンポンプ35により10-8Paに
排気されている。電子銃室部32と中間室部33の間には差
動排気絞り37を設け、中間室部33とコンデンサレンズ部
34の間には真空仕切りのためのバルブ38を設ける。以上
の構成において引き出し電圧V1により電界放射電子源５
から引き出された電子は、上磁極６と下磁極７の孔を通
り第一加速電極10,加速電極11〜13により所定のエネル
ギーまで加速される。その後電子は電子銃室部32,偏向
コイル36,差動排気絞り37,中間室部33,コンデンサ絞り3
9,コンデンサレンズ40を通り試料を照射する。
［発明の効果］ 本発明によれは電子銃使用時に引き出し電圧V1を変え
ても（ビーム電流を多くしたい場合、フラッシングをや
りなおした場合等）ビームの開き角、スポット位置など
の照射条件が変わらない。電子顕微鏡などに使用した場
合焦点の再調整などをしなくてすむの操作性がよい。ま
た放電をおこしても電源が被害がうけにくい。さらに従
来の電界放射電子銃に比べ輝度は２倍ビーム電流は20倍
ほど多くえられる。
ても（ビーム電流を多くしたい場合、フラッシングをや
りなおした場合等）ビームの開き角、スポット位置など
の照射条件が変わらない。電子顕微鏡などに使用した場
合焦点の再調整などをしなくてすむの操作性がよい。ま
た放電をおこしても電源が被害がうけにくい。さらに従
来の電界放射電子銃に比べ輝度は２倍ビーム電流は20倍
ほど多くえられる。
第１図は本発明の一実施例の軸方向断面図と電源等の接
続を示した図である。 第２図は多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃におい
て、V1を変化させたときの電子源のスポット位置を計算
した一例である。 第３図は多段加速式電界放射電子銃において静電レンズ
の動作条件と静電レンズおよびコンデンサレンズの収差
の関係をプロットした一例である。 第４図は多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃において
磁界型レンズの動作条件と磁界型レンズ，静電レンズ，
コンデンサレンズの収差の関係をプロットした一例であ
る。 符号の説明 １……フランジ、２……ヨーク、３……コイル、４……
絶縁ガイシ、５……電界放射電子源、６……上磁極、７
……下磁極、８……非磁性金属、10……第一加速電極、
11〜13……加速電極、20……フラッシング電極、21……
レンズ電源、22……引き出し電源、23……V2電源、24…
…制御回路、25……V0電源、30……多段加速管、31……
分割抵抗、32……電子銃室部、33……中間室部、34……
コンデンサレンズ部、35……イオンポンプ、36……偏向
コイル、37……差動排気絞り、38……バルブ、39……コ
ンデンサ絞り、40……コンデンサレンズ、50〜54……保
護電極。
続を示した図である。 第２図は多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃におい
て、V1を変化させたときの電子源のスポット位置を計算
した一例である。 第３図は多段加速式電界放射電子銃において静電レンズ
の動作条件と静電レンズおよびコンデンサレンズの収差
の関係をプロットした一例である。 第４図は多段加速式磁界重畳型電界放射電子銃において
磁界型レンズの動作条件と磁界型レンズ，静電レンズ，
コンデンサレンズの収差の関係をプロットした一例であ
る。 符号の説明 １……フランジ、２……ヨーク、３……コイル、４……
絶縁ガイシ、５……電界放射電子源、６……上磁極、７
……下磁極、８……非磁性金属、10……第一加速電極、
11〜13……加速電極、20……フラッシング電極、21……
レンズ電源、22……引き出し電源、23……V2電源、24…
…制御回路、25……V0電源、30……多段加速管、31……
分割抵抗、32……電子銃室部、33……中間室部、34……
コンデンサレンズ部、35……イオンポンプ、36……偏向
コイル、37……差動排気絞り、38……バルブ、39……コ
ンデンサ絞り、40……コンデンサレンズ、50〜54……保
護電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 正弘 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日 立製作所那珂工場内 (72)発明者 外村 彰 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所基礎研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−54154（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−29075（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 37/073 H01J 37/145
Claims (5)
- 【請求項１】電界放射電子源と、電子を引き出すための
引き出し電極と、上記電界放射電子源の虚像をつくる磁
界型レンズと、電子を加速するための少なくとも２つ以
上の加速電極を有する多段加速式電界放射電子銃であ
り、上記電子源と引き出し電極に印加される電圧V1,上
記電子源と第一加速電極間に印加される電圧V2,磁界型
レンズの巻き数N,磁界型レンズの励磁電流をＩとすると
き、V1に対し が所定の値になるようＩを連動させる電流連動手段と、
V2/V1が所定の値になるようV2を連動させる電圧連動手
段を有し、前記 の値が の範囲であることを特徴とする電界放射電子銃。 - 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、前記磁界
型レンズの電子線入射側磁極の孔径をD1,電子線出口側
磁極の孔径をD2、両磁極間の電子線通路部における隙間
（ギャップ長）をＬ、としたとき 4mm≦D1≦10mm D1≦D2≦20mm D1≦Ｌ≦D2 であることを特徴とする電界放射電子銃。 - 【請求項３】請求項１に記載のものにおいて、前記電界
放射電子源と、前記磁界型レンズの下側の磁極もしくは
引き出し電極の前記第一加速電極と対向する面に設けら
れた電子線通過孔との距離が20mm以下であることを特徴
とする電界放射電子銃。 - 【請求項４】請求項１に記載のものにおいて、前記電子
源と前記引き出し電極の間に電圧を印加するための引き
出し電源と、前記第１加速電極に電圧を印加するための
電源と、二段目以降最終段までの加速電極に電圧を印加
するための電源が直列に接続され、前記磁界型レンズに
電流を供給するレンズ電源が、引き出し電極と同電位に
フローティングしている電源構成を有することを特徴と
する電界放射電子銃。 - 【請求項５】電界放射電子源と、電子を引き出すための
引き出し電極と、その磁極が引き出し電極を兼ねる磁界
型レンズと、電子を加速するための少なくとも２つ以上
の加速電極を有する多段加速式電界放射電子銃であり、
上記磁界型レンズで上記電子源の４〜10倍の虚像をつく
り、その虚像の0.3〜３倍の実像をむすぶ静電レンズを
有することを特徴とする電界放射電子銃。
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